专题09简单机械及其效率
一、选择题
1、【2017?深圳卷】下列图中的简单机械，不能省力但能省距离的是（）
A、自行车的脚踏装置B、盘山公路C、划船用的船桨D、动滑轮
【答案】
【解析】
【考点定位】杠杆的分类
2.【2017?南通卷】如图，O为拉杆式旅行箱的轮轴，OA为拉杆。现在拉杆端点A处施加力F，使箱体从图示位置绕O点缓慢逆时针转至竖直位置。若力F的大小保持不变，则力F的方向应（）
A.垂直于OAB.竖直向上C.沿OA向上D.水平向左
【答案】B
【解析】
使箱体从图中位置绕O点缓慢逆时针转至竖直位置时，箱子的重力不变，即阻力不变，阻力臂逐渐减小．根据杠杆的平衡条件：F1L1=F2L2知，要使力F的大小保持不变，需要使阻力臂和动力臂同减小；A、当F垂直于OA时，动力臂大小不变，故A不符合题意；B、若F竖直向上时，动力臂减小，故B符合题意；C、若F沿OA向上时，动力F的力臂为零不能将箱体从图中位置绕O点缓慢逆时针转至竖直位置，故C不符合题意；D、若F水平向左时，动力臂增大，故D不符合题意．故选B．
考点：杠杆的应用．
3.【2017?青岛卷】下列作图中，正确的是：
【答案】D
【解析】
D、由物体的浮沉条件可知，上浮的小球受到的浮力大于重力，故D正确．故选D．
考点：通电螺线管的磁场；力臂的画法；物体的浮沉条件及其应用；磁感线及其特点．
【2017?常州卷】渔民大明借助湖中礁石，要把竹竿尽可能深地插入湖底淤泥，如图所示，效果最好的是（）
【答案】D
【解析】
要把竹竿尽可能深地插入湖底淤泥，应选动力臂最大的，根据杠杆平衡条件，动力臂越长，越省力；由图可知，阻力和阻力臂相同，D中动力臂最大，效果最好．故选D．
考点：杠杆的应用．
．【2017?北京卷】图3所示的工具中，在使用时属于费力杠杆的是
【答案】D
【解析】
考点：杠杆的种类
.【2017?东营卷】为倡导低碳出行，东营市投放了大量的共享单车，如图所示。共享单车的设计应用到许多物理学知识，以下说法正确的是
A．车座设计的面积较大可以增大压强
B．轮胎表面设计凹凸不平的花纹可以减小摩擦
C．红色尾灯利用光的反射起到警示的作用
D．刹车手闸是费力杠杆
A．车座设计的面积较大可以压强B．轮胎表面设计凹凸不平的花纹可以摩擦C．红色尾灯利用光的反射起到警示的作用D．刹车手闸是力杠杆.【2017?东营卷】如图所示，物理兴趣小组分别用甲、乙两个滑轮组匀速提起质量相同的物体，不计绳重及摩擦。若每个滑轮质量相同，对比两个滑轮组，下列说法正确的是
A．甲更省力，甲机械效率大
B．乙更省力，机械效率一样大
C．乙更省力，乙机械效率大
D．甲更省力，机械效率一样大
．【2017?聊城卷】如图所示，在“探究杠杆的平衡条件”实验中，已知杠杆上每个小格长度为2cm，当弹簧测力计在A点斜向上拉(与水平方向成30°角)杠杆．使杠杆在水平位置平衡时．下列说法正确的是
A．动力臂为0.08m B．此时为省力杠杆
C．弹簧测力计的示数为4N D．钩码总重为2N
【答案】D
【解析】
A、当弹簧测力计在A点斜向上拉（与水平方向成30°角）杠杆，此时动力臂等于，故A错误；B、阻力臂的大小：L2=3×2cm=6cm＞L1，杠杆为费力杠杆，故B错误；C、由图中弹簧测力计指针在3N，弹簧测力计的示数为3N，故C错误；D、根据杠杆的平衡条件F1L1=GL2得，故D正确．故选D．
考点：杠杆的应用．
．【2017?聊城卷】如图所示，重300N的物体在20N的水平拉力F的作用下，以0．2m／s的速度沿水平地面向左匀速直线运动了10s，滑轮组的机械效率为80％，则在此过程中。下列说法正确的是
A．绳子自由端移动的距离为2m
B．物体与地面间的滑动摩擦力为48N
C．拉力F的功率为12W
D．有用功为120J
【答案】BC
【解析】
拉力做功的功率：，故C正确；D、有用功：W有=fs物=fv物t=48N×0.2m/s×10s=96J，故D错．故选BC．
考点：滑轮组绳子拉力的计算；有用功和额外功；功率的计算．
1．【2017?北京卷】图7展示了我国古代劳动人民的智慧成果，对其中所涉及的物理知识，下列说法中正确的是
A．古代捣谷工具利用了杠杆原理
B．光沿直线传播是日晷能够测量时间的条件之一
C．碾谷物的石磨选用厚重的石材，目的是为了减小石磨对谷物的压强
D．从两心壶的壶嘴能分别倒出两种不同的液体，这一功能的实现利用了大气压
【答案】ABD
【解析】
答案为ABD。
考点：杠杆原理光的直线传播压强大气压
．【2017?遵义卷】建筑工人用如图所示的滑轮组，在4s内将重为1500N的物体沿水平方向匀速移动2m的过程中，所用的拉力大小为375N，物体受到水平地面的摩擦力为物重的0.4倍．在此过程中下列说法正确的是（）
A．绳子自由端沿水平方向移动了6m
B．物体受到的拉力为750N
C．拉力F的功率为750W
D．滑轮组的机械效率为80%
【答案】
【解析】
由图可知，n=2，则绳子自由端沿水平方向移动的距离s=nsA=2×2m=4m，故A错误；物体沿水平方向匀速移动时处于平衡状态，物体受到的拉力和摩擦力是一对平衡力，则物体受到的拉力FA=f=0.4G=0.4×1500N=600N，故B错误；拉力F做的功W总=Fs=375N×4m=1500J，则拉力F的功率P===375W，故C错误；有用功W有=FAsA=600N×2m=1200J，则滑轮组的机械效率η=×100%=×100%=80%，故D正确故应选D。
滑轮组绳子拉力的计算；滑轮（组）的机械效率；功率的计算
．
A．F甲F乙Ｐ甲>P乙
C．F甲>F乙Ｐ甲=P乙D．F甲
【答案】【解析】考点：3、【2017?温州卷】小明在按压式订书机的N点施加压力，将订书针钉入M点下方的纸张中，能正确表示他使用该订书机时的杠杆示意图是（）
A、B、C、D、
【答案】A
【解析】
据杠杆上的支点、动力、阻力的定义分析即可判断出正确的选项；据图可知，当按压订书机时，其会绕着订书机左边的固定点转动，即为支点，所按压的哪一点，即动力作用点，方向向下；而装订的物体对订书机有一个向上的阻力，该点就是阻力作用点，阻力的方向是向上的，如图所示：
故选A．
考点：杠杆的应用．
A．弹簧测力计通常要竖直向上匀速拉动B．测量机械效率的原理：η＝（W有用【答案】【解析】考点：15．【2017?台州卷】小柯用图中装置提升重为400牛的物体，不计摩擦和滑动自重，下列说法正确的是（）
A．两个滑轮均为定滑轮
B．人将绳子拉过1米，物体也上升1米
C．物体匀速上升时，人对绳子的拉力为200牛
D．使用该装置不能省力，但能改变力的方向
【答案】
【解析】
【考点定位】定滑轮及其工作特点；动滑轮及其工作特点
、【2017?温州卷】小明在按压式订书机的N点施加压力，将订书针钉入M点下方的纸张中，能正确表示他使用该订书机时的杠杆示意图是（）
A、B、C、D、
【答案】
【解析】
支点是杠杆绕着转动的固定点，动力和阻力都是外界作用在杠杆上的力，都是杠杆受到的力，分析可知O是支点，动力F1作用N点，阻力F2作用在M点；N点向下施力，M点受力方向向上，故应选A。
杠杆的应用
.【2017?北部湾卷】图是我们使用的筷子，它已经成为中华民族的一种传统文化。下列关于使用筷子的说法不正确的是：
A.正常使用的筷子属于省力杠杠
B.正常使用的筷子属于费力杠杠
C.筷子能夹起食物，说明筷子和食物间有摩擦力
D.筷子能夹起食物，说明筷子可以改变物体的运动状态
【答案】A
【考点定位】生活中的简单机械
.【2017?枣庄卷】如图所示是小明探究“杠杆平衡条件”的实验装置，实验中杠杆始终处于水平平衡状态。若在C处逐渐改变弹簧测力计拉力的方向，使其从②③。则拉力的变化情况是（）
A.先变小后变大B.先变大后变小C.逐渐变大D.逐渐变小
【答案】A
【解析】
由图知，测力计在位置时，其动力臂等于OC，此时动力臂最长；测力计由→②→③的过程中动力臂先变大后变小，根据杠杆平衡条件可知，测力计的示数先变小后变大．故选：A．
考点：杠杆的应用．
A.甲的拉力大B.乙的额外功少
C.甲的拉力功率大D.乙的机械效率低
【答案】【解析】考点：．【2017?营口卷】如图所示，某工人用滑轮组在30s内将重物提升3m．被提升的重物重为1000N，动滑轮重为50N，拉力大小为400N，则（）
A．拉力做功是3150JB．工人做的额外功是150J
C．工人做功的功率是120WD．滑轮组的机械效率是83.3%
【答案】
【解析】
由图可知，n=3，则绳子自由端移动的距离：s=3h=33m=9m，所以拉力做功：W总=Fs=400N9m=3600J，故A错误；工人做的有用功：W有用=Gh=1000N3m=3000J，因为W总=W有用W额，所以，工人做的额外功：W额=W总﹣W有用=3600J﹣3000J=600J，故B错误；工人做功的功率：P===120W故C正确；滑轮组的机械效率：η=×100%=×100%≈83.3%，故D正确故选CD
【考点定位】功的计算；有用功和额外功；滑轮（组）的机械效率；功率的计算
1.【2017?哈尔滨卷】如图所示，杠杆水平放置且自重忽略不计，O是支点，左侧挂一重物，动力F1大小为3N，整个装置处于静止状态，则物体的重力为N．此时杠杆属于杠杆（选填“省力”或
“费力”）．
【答案】【解析】考点：三、作图与探究
1．【2017?营口卷】植树时，需要挖树坑，小军把铁锹的锹面踩进坚硬的土壤里，用锹把土翻起，如图所示的是铁锹的剖面图，土壤对锹面的阻力F2的示意图已画出，请在图中找到并标出支点O，画出最小作用力F1的示意图及力臂L1．．
【答案】
【解析】
由题意知，铁锹与地面间的接触点为支点O；在阻力与阻力臂的乘积一定的情况下，动力臂最长时最省力，由图可知，O到锹把的最远点A之间的距离作为动力臂时动力臂最长；所以，连接OA，过A点垂直于OA向右画一条带箭头的线段，即为最小动力F1，如图所示
【考点定位】杠杆中最小力的问题
【2017?南京卷】（2）如图乙所示，是一个电热水壶的简易图，在图中画出它所受重力的示意图（B为重心）；用力作用在壶盖上A点时，可将壶盖打开，请在A点画出所需最小力F的示意图（O为支点）．
【答案】
【解析】
．
考点：杠杆中最小力的问题．
．【2017?宿迁卷】有人说，同一机械的机械效率是不变的．小华设计了“探究滑轮组机械效率与所提升重物质量的关系”实验，来检验此说法是否正确．
（1）用笔画线代替绳子，在图甲中画出最省力的绳子绕法．
（2）如图乙所示，小华在实验中保持滑轮组不变，改变重物的质量，通过弹簧测力计匀速拉动绳子使重物缓缓上升，测得数据如下表（g取10N/kg）：
第2次实验中的机械效率是；根据表中数据可以得到，滑轮组的机械效率随所提升重物质量的增大而．
【答案】（1）
（2）62.5%（3）增大
【解析】
（2）第2次实验中的机械效率是
（3）根据表中数据可以得到，滑轮组的机械效率随所提升重物质量的增大而增大。
考点：滑轮组的机械效率
【答案】【解析】考点：．【2017?遵义卷】小锦小组用刻度均匀的匀质杠杆进行“探究杠杆平衡条件”的实验中，每个钩码质量相等．
（1）将杠杆的中点置于支架上，当杠杆静止时，发现杠杆左端下沉，他将杠杆左端平衡螺母向右调节到最大限度后，杠杆左端仍有轻微下沉，这时他应将右端的平衡螺母向端调节，才能使杠杆在水平位置平衡．
（2）如图甲所示，是他在探究过程中的一个情境，接下来他在两边钩码的下方各加一个相同的钩码，并将左端钩码移到左端离支点第三格处，为了使杠杆在水平位置平衡，他应将右端钩码移动到右端离支点第格处．．
（3）通过不断改变两端所挂钩码的个数和位置，使杠杆在水平位置平衡，并记录各次实验数据，通过对数据分析后得出结论：动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离．与其他小组交流后，他们又做了如图乙、丙、丁三次实验，其中图所示实验能直接说明该结论是错误的．
【答案】（1）右；（2）四；（3）丁
点的距离时，看实验结论是否成立，所以利用图丁进行验证。
探究杠杆的平衡条件实验
．【2017?北京卷】实验台上有满足实验要求的器材：弹簧测力计1个，所受重力为1N的钩码2个，带支架的杠杆1个。杠杆上相邻刻度间距离均为0.05m，刻线上下靠近杠杆边缘处均有圆形小孔，可用来挂钩码或弹簧测力计，如图23所示。请利用上述实验器材，设计一个实验证明：“杠杆在水平位置平衡时，如果动力臂L1保持不变，则F1=kF2L2”，式中F1表示动力，k是常量，F2表示阻力，L2表示阻力臂。
请写出实验步骤，画出实验数据记录表格。
【答案】实验步骤：
①带支架的杠杆放在水平位置，调节杠杆使其水平平衡；
将重力为1N的钩码（阻力F2）挂在支点右侧0.05m处（阻力臂L2），将弹簧测力计的挂在支点右侧的0.1m处竖直向上拉弹簧测力计，使杠杆水平平衡，读出弹簧测力计的示数（动力F1），将F2、L2、F1的数据记录在表格中；
③保持弹簧测力计的位置不动，将重为1N的钩码依次挂在支点右侧0.1m、0.15m、0.2m、0.25m处，仿照步骤再做4次，将F2、L2、F1的数据记录在表格中；
④保持弹簧测力计的位置不动，将两个重为1N的钩码挂在支点右侧0.05m处，竖直向上拉弹簧测力计，使杠杆水平平衡；将F2、L2、F1的数据记录在表格中．
根据实验数据计算出F2与L2的乘积，并记录在表格中。
实验数据记录表格：
【解析】
考点：探究杠杆的平衡条件
1．【2017?北京卷】图27是用滑轮组提升建筑材料A的示意图，在竖直向下的拉力F作用下，使重900N的建筑材料A在5s的时间里，匀速竖直上升了1m，绳自由端匀速竖直向下移动了2m。在这个过程中，拉力F为500N，滑轮组的机械效率为η，拉力F做功的功率为P。
求：（1）滑轮组的机械效率η；
（2）拉力F的功率P。
【答案】（1）90%（2）200W
【解析】
解：（1）W有用=Gh=900N×1m=900J，
W总=Fs=500N×2m=1000J，
滑轮组的机械效率
（2）拉力F的功率：
答：（1）滑轮组的机械效率为90%。（2）拉力F的功率为200W。
考点：滑轮组的机械效率功率的计算
.【2017?南通卷】个人用图示装置在10s内将质量为45kg的货物匀速提升2m，此过程中拉力的功率为120W。（g取10N/kg）求：
（1）有用功；
（2）滑轮组的机械效率；
（3）若工人用此装置匀速提升其他货物，测得拉力大小为300N，额外功占总功的20%，工人提升货物的重。
【答案】（1）有用功为900J；（2）滑轮组的机械效率为75%；（3）工人提升货物的重为720N．
【解析】
所以提升物体的重力：G=η′nF=80%×3×300N=720N．答：（1）有用功为900J；（2）滑轮组的机械效率为75%；（3）工人提升货物的重为720N．
考点：有用功和额外功；滑轮（组）的机械效率．
【2017?枣庄卷】如图所示，是一辆汽车通过滑轮组将深井中的物体拉至井口的装置图。已知井深10m，物体重G=4×103N，汽车重G车=3×104N，汽车匀速拉绳子时的拉力F=2×103N，汽车受到的阻力为车重的0.05倍。求：
若汽车运动的速度为1.2m/s，则将物体由井底拉至井口，需要多长时间？
（2）滑轮组的机械效率为多少？（保留一位小数）
（3）汽车的牵引力为多大？．
（4）将物体从井底拉至井口，汽车牵引力做的功是多少？
【答案】答：（1）若汽车运动的速度为1.2m/s，则将物体由井底拉至井口，需要25s；（2）滑轮组的机械效率是66.7%；（3）汽车的牵引力是3500N；（4）将物体由井底拉至井口，汽车的牵引力做的功是1.05×105J．
【解析】
（3）汽车的牵引力是3500N；（4）将物体由井底拉至井口，汽车的牵引力做的功是1.05×105J．
考点：滑轮（组）的机械效率；速度公式及其应用；功的计算．
、【2017?深圳卷】如图是现代家庭使用的升降衣架的结构示意图，它可以很方便晾起洗好的衣服，其实就是通过一些简单机械的组合来实现此功能的．已知晾衣架上所挂一幅质量为4kg，动滑轮、杆和晾衣架总质量为1kg．小燕同学用力F拉动绳子自由端，在5s时间内使衣服匀速上移0.5m（g=10N/kg，不计绳重和摩擦）求：
(1)绳子自由端拉力F的大小；
(2)拉力所做的功W；
(3)拉力的功率P；
(4)整个过程中机械效率η．
【答案】1）12.5N；（2）25J；（3）80%
【解析】
（1）由图知，使用滑轮组承担物重的绳子股数n=4，所承受的总重力：G总=m总g=（4kg+1kg）×10N/kg=50N，不计绳重和摩擦，拉力：F=G总=×50N=12.5N；（2）拉力端移动的距离s=4h=4×0.5m=2m，拉力做功：W总=Fs=12.5N×2m=25J；（3）拉力做功功率：P===5W；（4）有用功：W有用=G衣h=m衣gh=4kg×10N/kg×0.5m=20J，整个过程中机械效率：η==×100%=80%。
【考点定位】滑轮组绳子拉力的计算，功的计算，滑轮（组）的机械效率，功率的计算
5.【2017?北部湾卷】图21是利用电子秤监控水库水位的模拟装置，由长方体A和B、滑轮组、轻质杠杠CD、电子秤等组成。杠杠始终在水平位置平衡。已知OC:OD=1：2，A的体积为0.02m3，A重为400N，B重为150N，动滑轮重100N，不计绳重与摩擦（ρ水=1.0×103kg/m3）。求：
（1）A的密度；
（2）单独使用该滑轮组在空气中匀速提升A时的机械效率；
（3）水位上涨到A的上表面时，A受到的浮力；
（4）水位上涨过程中，电子秤所受的最大压力。
【答案】（1）2×103kg/m3；（2）80%；（3）200N；（4）100N
（1）长方体A的质量,根据G=mg可得：m=G/g=400N/10N/kg=40kg所以长方体A的密度，根据ρ=m/V可得：ρ=40kg/0.02m3=2×103kg/m3（2）单独使用该滑轮组在空气中匀速提升A时，n=3,根据η=W有/W总×100%可得：机械效率η=Gh/（G动+G物）h×100%=400N/（100N+400N）×100%=80%（3）当水位上涨到A的上表面时，因为A浸没水中，所以V排=VA，根据F=ρgV排可得：A受到的浮力：F浮=ρgV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.02m3=200N（4）水位上涨过程中，因要求电子秤所受的最大压力，即A浸没水中，受到的浮力最大F浮=200Nn=3,根据力的平衡有：FC=（G动+G物-FA浮）/nFC=（100N+400N-200N）/3=100N根据相互作用力大小相等可知，A对C端拉力与C对A物体拉力大小相等，所以作用在杠杆C端的力，因杠杆始终在水平位置平衡，O为支点，根据F1L1=F2L2可得：FCL1=FDL2100N×OC=OD×FD解得：FD=100N×OC/OD=100N/2=50N对B物体受力平衡，所以电子秤受到B物体对它的最大压力：F压=FN=GB-FD=150N-50N=100N
【考点定位】机械效率、密度及浮力的计算
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